两轮自平衡机器人双闭环PID控制

两轮自平衡机器人是一个非完整的欠驱动系统,由两个独立且共轴的电机通过驱动车轮来控制机器人的平衡和行走。两轮自平衡机器人是一个倒立摆系统,极不稳定,需要施加有效的控制手段才能使其平衡。文章用牛顿力学构造了系统的非线性数学模型,并简化为线性模型,通过双闭环PID算法控制机器人的平衡。实验结果表明,此方法可以使机器人有较好的稳定性。     

自平衡两轮机器人的控制系统设计

介绍了基于LF2407A DSP的两轮机器人控制器的设计,以及电机控制PID算法。利用这个控制器实现了对两轮机器人样机的轨迹控制。     

基于两轮自平衡机器人组合定位方法的研究

对两轮自平衡机器人的运动控制过程中相对定位的问题进行了研究.根据两轮自平衡车的特点,对诸如车轮打滑、碰撞、越障及转向等运动情况下的位置传感器和姿态传感器的信号进行了分析,提出了将光电码盘、MEMS陀螺仪与MEMS加速度计数据融合的方法,对机器人的位姿进行检测估计,从而解决了采用传统的单一位置传感器对机器人测程不准确的问题.同时也降低了陀螺仪、加速度计固有漂移的不利影响,提高了两轮自平衡机器人的定位精度.通过对两轮机器人分别进行直线运动实验、越障实验和异常碰撞试验,验证了两轮自平衡机器人组合定位方法的合理性和有效性.     

曲率可控双轮自平衡机器人路径规划

为了提高双轮自平衡机器人运动的侧向稳定性,提出了一种适用于狭小空间内避障的,以最大曲率为约束条件的路径规划方法。首先,建立双轮自平衡机器人运动学模型,然后分析其在临界倾斜情况下曲率与速度的关系,确定出双轮自平衡机器人运动轨迹的最大曲率值。利用A~*路径搜索算法生成无碰撞的线段性轨迹,并以考虑最大曲率约束的三次B样条曲线优化运动轨迹。通过案例验证,优化后的运动轨迹曲线满足最大曲率约束,可以使双轮自平衡机器人在无倾斜的情况下,以一较快的速度匀速沿既定轨迹曲线运动且无碰撞。证实了该方法对提高双轮自平衡机器人运动的侧向稳定性具有良好的效果。     

两轮自平衡机器人转向稳定性优化研究

由于两轮自平衡机器人具有占地小、可零半径转弯等特点,该类机器人被广泛用于个人交通工具和机器人移动平台。当两轮自平衡机器人快速转向时,由于重心较高,机器人受离心力影响容易侧向倾覆。针对两轮自平衡机器人转向稳定性进行了分析,在此基础上为传统两轮自平衡机器人增加了摇摆自由度。利用摇摆自由度,机器人可以在转向时主动配置重心位置,进而提高了机器人转向稳定性和安全性。在建立机器人动力学模型基础上,设计了摆动自由度控制器,并通过实验验证了可行性而有效性。     

基于轮球自平衡机构的机器人设计

通过轮球自平衡原理设计了机器人机构,应用多传感器完成该机器人自平衡姿态控制器设计,其中通过姿态传感器实时检测机器人姿态,并应用卡尔曼滤波对陀螺仪与加速度计数据进行优化。通过整定PID参数实现机器人与标准比赛足球组成系统的自平衡。通过无干扰自平衡实验和扰动下自平衡实验表明该设计的有效性。     

水平陀螺结构独轮自平衡机器人研究

提出了一种新型独轮机器人。该独轮自平衡机器人具有单一水平陀螺结构,首先利用陀螺的定轴性和稳定性使一个二维倒立不稳定系统变为一个二维准稳定系统,然后根据进动原理,采用旋转配重法对系统进行失衡修正,使系统具有很强的抗扰动能力。重点研究了该独轮机器人姿态的失衡与恢复状态。实验模型机实现了独轮机器人的定点自稳定,姿态失衡恢复,以及行走、转向功能。     

基于FPGA的嵌入式双轮自平衡小车系统设计

本次设计研究了基于FPGA的嵌入式双轮自平衡小车的工作原理,利用Altera公司提供的DE0开发板制作了一套双轮自平衡小车系统。所谓双轮自平衡小车,是指小车只具有两个轮子能够自己实现平衡。小车两侧装着具有独立功能的步进电机,以用来驱动两个轮子的转动。在DE0开发板的控制下,可从倾角传感器接收到倾角信号,通过PID控制算法控制步进电机的正反转和速度,从而使小车保持动态平衡。     

基于STM32的两轮自平衡车设计

针对平衡车控制系统运行不稳定,操控的准确度和灵敏度不佳等问题,设计一种以STM32F405RGT6微处理器为主控制器的两轮自平衡车控制系统,包括硬件和软件系统,利用MPU6050传感器检测两轮自平衡车的倾角和速度,经过STM32控制器处理后控制电机调整车身状态保持平衡.由于陀螺仪和加速度计在测量时存在测量误差和零点漂移,利用Kalman滤波算法进行测量数据融合得到平衡车最优的倾角和角速度近似值作为反馈,通过PID控制算法实现两轮平衡车的稳定控制.最后通过实验验证了两轮自平衡车硬件系统、软件控制算法的工程有效性和可行性.     

基于PID神经网络的两轮自平衡小车研究

在两轮自平衡小车的基础上,运用神经网络对两轮小车的控制器参数进行了优化。首先,搭建了基于AVR的两轮自平衡小车;其次,利用PID神经网络对两轮小车进行了系统辨识,并利用辨识结果对小车控制器参数进行调整,最终优化了控制器参数,改善了两轮小车的平衡性能。     

虚拟样机技术的两轮机器人动力学仿真

首先简述了机器人仿真研究的现状和机械系统动力学分析仿真软件ADAMS及SIMULINK在机器人仿真上的应用。然后应用拉格朗日方程建立了系统的动力学方程,应用ADAMS和MATLAB对两轮机器人进行了联合仿真,仿真结果表明两轮机器人具有较好的鲁棒性和稳定性。     

双轮自平衡机器人研究综述

双轮自平衡机器人是一种特殊轮式移动机器人,具有多变量、非线性、强耦合、参数不确定性等动力学特性.对其进行深入探讨具有一定的科学研究和实际应用价值.本文综述了国内外双轮自平衡机器人的研究现状,分析了研究中存在的问题,并指出了自平衡机器人的发展趋势.     

双轮式机器人在球面上的运动学分析

为研究球形容器上双轮式机器人的运动控制问题,分析了机器人在球面上的运动特点。在机器人中心点处做切平面和法平面,将三维环境中机器人的运动分解并投影在二维坐标平面内进行运动描述,得到了球面上机器人的运动轨迹及速度,进而建立了机器人在球面上运动的数学模型。对运动学模型进行离散化,并在Matlab中进行仿真。仿真结果验证了模型的可行性,仿真过程的图形直观形象地显示了机器人的运动状态,这为机器人的运动规划提供了理论帮助。     

基于CAN总线的自主式移动机器人通信系统研制

针对自主式移动机器人实时导航的需要,提出了一种基于CAN总线的自主式移动机器人通信系统.该通信系统利用2条CAN总线把上位计算机、传感器模块和运动控制器连接在一起,降低了系统的连线数量,提高了系统的可维护性.实验表明,该系统通信可靠、实时性好、扩展性强,具有较高的实用价值.     

基于CAN总线的自主式移动机器人通信系统研制

针对自主式移动机器人实时导航的需要,提出了一种基于CAN总线的自主式移动机器人通信系统。该通信系统利用2条CAN总线把上位计算机、传感器模块和运动控制器连接在一起,降低了系统的连线数量,提高了系统的可维护性。实验表明,该系统通信可靠、实时性好、扩展性强,具有较高的实用价值。     

双轮驱动足球机器人加速性能的研究

从双轮驱动足球机器人的驱动方程式出发,对双轮驱动足球机器人的加速性能的影响因素和加速过程进行分析,得出了对足球机器人的设计和比赛具有参考价值的结论。     

基于倍四元数的机器人逆运动学分析

采用倍四元数进行建模求解机器人逆运动学问题.将齐次变换矩阵转以倍四元数形式表示,建立了倍四元数形式的机器人运动学方程,再通过消元和运算得到机器人逆运动学的解.最后,以SCARA机器人为实例求解验证,证实该算法简单可行.     

气动自平衡式可穿戴搬运助力机器人的开发

开发了一种新型的气动自平衡式可穿戴搬运助力机器人。机器人采用了重物自平衡机构,使气缸的支持力与重物能在任意位置维持力平衡,人只需要很小的力就能操纵所搬运的重物沿任意方向自由移动。该机器人具有结构轻便、控制系统简单、穿戴方便、助力大、便于操控的特点。为了验证机器人的原理,制作出了机器人样机,并进行了不同载荷条件下的搬运实验。实验结果证明了该设计具有可行性和实用性。     

全自动样品处理机器人控制系统的开发

在对全自动样品处理工业机器人控制系统技术进行探讨的基础上,从总体方案、硬件结构和软件设计三个方面,介绍了机器人控制系统的开发,并利用编程语言RAPID编制专属的指令集,满足具体生产应用的需要,系统经过实际生产检验,实现了设计要求。